Πλεονεκτική παραγωγή υδρογέλης μέσω υπερήχων
Κατεργασία με υπερήχους είναι μια εξαιρετικά αποτελεσματική, αξιόπιστη και απλή τεχνική για την παρασκευή υδροπηκτωμάτων υψηλής απόδοσης. Αυτές οι υδρογέλες προσφέρουν εξαιρετικές ιδιότητες υλικού όπως ικανότητες απορρόφησης, ιξωδοελαστικότητα, μηχανική αντοχή, μέτρο συμπίεσης και λειτουργίες αυτοθεραπείας.
Υπερήχων πολυμερισμός και διασπορά για την παραγωγή υδρογέλης
Οι υδρογέλες είναι υδρόφιλα, τρισδιάστατα πολυμερή δίκτυα που είναι ικανά να απορροφούν μεγάλες ποσότητες νερού ή υγρών. Οι υδρογέλες παρουσιάζουν εξαιρετική ικανότητα διόγκωσης. Τα κοινά δομικά στοιχεία των hydrgels περιλαμβάνουν πολυβινυλική αλκοόλη, πολυαιθυλενογλυκόλη, πολυακρυλικό νάτριο, ακρυλικά πολυμερή, καρβομερή, πολυσακχαρίτες ή πολυπεπτίδια με υψηλό αριθμό υδρόφιλων ομάδων και φυσικές πρωτεΐνες όπως κολλαγόνο, ζελατίνη και ινώδες.
Οι λεγόμενες υβριδικές υδρογέλες αποτελούνται από διάφορα χημικά, λειτουργικά και μορφολογικά διακριτά υλικά, όπως πρωτεΐνες, πεπτίδια ή νανο- / μικροδομές.
Υπερήχων διασπορά χρησιμοποιείται ευρέως ως μια εξαιρετικά αποτελεσματική και αξιόπιστη τεχνική για την ομογενοποίηση νανο-υλικών όπως νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs, MWCNTs, SWCNTs), νανο-κρυστάλλους κυτταρίνης, νανοΐνες χιτίνης, διοξείδιο του τιτανίου, νανοσωματίδια αργύρου, πρωτεΐνες και άλλες μικρο- ή νανοδομές στην πολυμερή μήτρα των υδροπηκτωμάτων. Αυτό καθιστά την υπερήχηση ένα κύριο εργαλείο για την παραγωγή υδροπηκτωμάτων υψηλής απόδοσης με εξαιρετικές ιδιότητες.
Υπερήχων UIP1000hdT με γυάλινο αντιδραστήρα για σύνθεση υδρογέλης
Τι δείχνει η έρευνα – Υπερήχων υδρογέλη προετοιμασία
Πρώτον, υπερήχους προωθεί τον πολυμερισμό και cross-linking αντιδράσεις κατά τη διάρκεια του σχηματισμού υδρογέλης.
Δεύτερον, υπερήχους έχει αποδειχθεί ως αξιόπιστη και αποτελεσματική τεχνική διασποράς για την παραγωγή υδροπηκτωμάτων και νανοσύνθετων υδροπηκτωμάτων.
Υπερήχων cross-linking και πολυμερισμός των υδροπηκτωμάτων
Υπερήχους βοηθά το σχηματισμό πολυμερών δικτύων κατά τη διάρκεια της σύνθεσης υδρογέλης μέσω της παραγωγής ελεύθερων ριζών. Τα έντονα κύματα υπερήχων δημιουργούν ακουστική σπηλαίωση που προκαλούν υψηλές δυνάμεις διάτμησης, μοριακή διάτμηση και σχηματισμό ελεύθερων ριζών.
Cass et al. (2010) προετοίμασε αρκετές "ακρυλικές υδρογέλες παρασκευάστηκαν μέσω υπερήχων πολυμερισμού υδατοδιαλυτών μονομερών και μακρομονομερών. Ο υπέρηχος χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία ριζών εκκίνησης σε ιξώδη υδατικά μονομερή διαλύματα χρησιμοποιώντας τα πρόσθετα γλυκερόλη, σορβιτόλη ή γλυκόζη σε ανοιχτό σύστημα στους 37°C. Τα υδατοδιαλυτά πρόσθετα ήταν απαραίτητα για την παραγωγή υδρογέλης, με τη γλυκερόλη να είναι η πιο αποτελεσματική. Οι υδρογέλες παρασκευάστηκαν από τα μονομερή μεθακρυλικό 2-υδροξυαιθυλεστέρα, διμεθακρυλική πολυ(αιθυλενογλυκόλη), μεθακρυλική δεξτράνη, διμεθακρυλική ακρυλική οξέα/αιθυλενογλυκόλη και ακρυλαμίδιο/δις-ακρυλαμίδιο." [Cass et al. 2010] Η εφαρμογή υπερήχων χρησιμοποιώντας έναν ανιχνευτή υπερήχων βρέθηκε να είναι μια αποτελεσματική μέθοδος για τον πολυμερισμό υδατοδιαλυτών μονομερών βινυλίου και την επακόλουθη παρασκευή υδροπηκτωμάτων. Ο υπερηχητικά ξεκίνητος πολυμερισμός συμβαίνει γρήγορα απουσία χημικού εκκινητή.
Βρείτε το πλήρες πρωτόκολλο της μελέτης εδώ!
- νανοσωματίδια, π.χ. TiO2
- νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs)
- νανοκρύσταλλοι κυτταρίνης (CNC)
- νανοϊνίδια κυτταρίνης
- κόμμεα, π.χ. ξανθάνη, κόμμι φασκόμηλου
- πρωτεϊνεσ
Διαβάστε περισσότερα σχετικά με υπερήχων σύνθεση νανοσύνθετων υδροπηκτωμάτων και νανοπηκτωμάτων!
Σχηματισμός υδρογέλης μέσω υπερήχων υποβοηθούμενη ζελατινοποίηση χρησιμοποιώντας το υπερήχων UP100H (Μελέτη και ταινία: Rutgeerts et al., 2019)
SEM υδρογέλης πολυ(ακρυλαμιδίου-συν-ιτακονικού οξέος που περιέχει MWCNTs. Τα MWCNTs ήταν υπερήχων διασκορπισμένα χρησιμοποιώντας το υπερήχων UP200S.
μελέτη και εικόνα: Mohammadinezhada et al., 2018
Κατασκευή πολυ(ακρυλαμιδίου-συν-ιτακονικού οξέος) – MWCNT υδρογέλη χρησιμοποιώντας κατεργασία με υπερήχους
Οι Mohammadinezhada et al. (2018) παρήγαγαν με επιτυχία ένα υπεραπορροφητικό σύνθετο υδρογέλης που περιέχει πολυ(ακρυλαμίδιο-συν-ιτακονικό οξύ) και νανοσωλήνες άνθρακα πολλαπλών τοιχωμάτων (MWCNTs). Υπερήχους πραγματοποιήθηκε με τη συσκευή υπερήχων Hielscher UP200S. Η σταθερότητα της υδρογέλης αυξήθηκε με την αύξηση των αναλογιών MWCNTs, η οποία θα μπορούσε να αποδοθεί στην υδρόφοβη φύση των MWCNTs καθώς και στην αύξηση της πυκνότητας του crosslinker. Η ικανότητα κατακράτησης νερού (WRC) της υδρογέλης P(AAm-co-IA) αυξήθηκε επίσης παρουσία του MWCNT (10 κ.β.). Σε αυτή τη μελέτη, τα αποτελέσματα της υπερήχων βαθμολογήθηκαν ανώτερα σε σχέση με την ομοιόμορφη κατανομή των νανοσωλήνων άνθρακα στην επιφάνεια του πολυμερούς. Τα MWCNTs ήταν άθικτα χωρίς καμία διακοπή στην πολυμερή δομή. Επιπλέον, η ισχύς του λαμβανόμενου νανοσύνθετου και η ικανότητα κατακράτησης νερού και η απορρόφηση άλλων διαλυτών υλικών όπως το Pb (II) αυξήθηκαν. Κατεργασία με υπερήχους έσπασε τον εκκινητή και διέλυσε τα MWCNTs ως εξαιρετικό πληρωτικό στις αλυσίδες πολυμερούς υπό αυξανόμενη θερμοκρασία.
Οι ερευνητές καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι αυτές οι «συνθήκες αντίδρασης δεν μπορούν να επιτευχθούν μέσω συμβατικών μεθόδων και η ομοιογένεια και η καλή διασπορά σωματιδίων στον ξενιστή δεν μπορούν να επιτευχθούν. Επιπλέον, η διαδικασία υπερήχων διαχωρίζει τα νανοσωματίδια σε ένα μόνο σωματίδιο, ενώ η ανάδευση δεν μπορεί να το κάνει αυτό. Ένας άλλος μηχανισμός για τη μείωση του μεγέθους είναι η επίδραση ισχυρών ακουστικών κυμάτων στους δευτερεύοντες δεσμούς όπως ο δεσμός υδρογόνου που αυτή η ακτινοβολία σπάει τον δεσμό H των σωματιδίων και, στη συνέχεια, διαχωρίζει τα συσσωματωμένα σωματίδια και αυξάνει τον αριθμό των ελεύθερων προσροφητικών ομάδων όπως -OH και προσβασιμότητα. Έτσι, αυτό το σημαντικό γεγονός καθιστά τη διαδικασία υπερήχων ως ανώτερη μέθοδο έναντι των άλλων, όπως η μαγνητική ανάδευση που εφαρμόζεται στις βιβλιογραφίες. [Mohammadinezhada κ.ά., 2018]
Υπερήχων υψηλής απόδοσης για σύνθεση υδρογέλης
Hielscher Υπέρηχοι κατασκευάζει υψηλής απόδοσης υπερήχων εξοπλισμό για τη σύνθεση των υδροπηκτωμάτων. Από μικρό και μεσαίο μέγεθος R&D και πιλοτικά υπερήχων σε βιομηχανικά συστήματα για εμπορική κατασκευή υδρογέλης σε συνεχή λειτουργία, Hielscher Υπέρηχοι έχει καλύψει τις απαιτήσεις της διαδικασίας σας.
Βιομηχανική ποιότητα υπερήχων μπορεί να παραδώσει πολύ υψηλά πλάτη, τα οποία επιτρέπουν αξιόπιστες αντιδράσεις διασύνδεσης και πολυμερισμού και την ομοιόμορφη διασπορά των νανοσωματιδίων. Πλάτη έως 200μm μπορούν εύκολα να λειτουργούν συνεχώς σε λειτουργία 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα/365. Για ακόμη υψηλότερα πλάτη, διατίθενται προσαρμοσμένα υπερηχητικά sonotrodes.
- υψηλή απόδοση
- Τεχνολογία αιχμής
- αξιοπιστία & Ευρωστία
- δέσμη & Ενσωματωμένη
- για κάθε τόμο
- έξυπνο λογισμικό
- έξυπνες λειτουργίες (π.χ. πρωτόκολλο δεδομένων)
- CIP (επιτόπιος καθαρισμός)
Ρωτήστε μας σήμερα για πρόσθετες τεχνικές πληροφορίες, τιμολόγηση και μη δεσμευτική προσφορά. Το πολύχρονο έμπειρο προσωπικό μας είναι στην ευχάριστη θέση να σας συμβουλευτεί!
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας:
| Όγκος παρτίδας | Ροή | Προτεινόμενες συσκευές |
|---|---|---|
| 1 έως 500mL | 10 έως 200mL/min | UP100Η |
| 10 έως 2000mL | 20 έως 400mL / λεπτό | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 έως 20L | 0.2 έως 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 έως 100L | 2 έως 10L / λεπτό | UIP4000hdT |
| μ.δ. | 10 έως 100L / λεπτό | UIP16000 |
| μ.δ. | μεγαλύτερου | σύμπλεγμα UIP16000 |
Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!
Το συμπαγές SonoStation συνδυάζει μια αναδευόμενη δεξαμενή 38 λίτρων με μια ρυθμιζόμενη αντλία προοδευτικής κοιλότητας που μπορεί να τροφοδοτήσει 3 λίτρα ανά λεπτό σε έναν ή δύο αντιδραστήρες κυττάρων ροής υπερήχων.
Hielscher Υπέρηχοι κατασκευάζει υψηλής απόδοσης υπερήχων ομογενοποιητές για την ανάμειξη εφαρμογών, διασπορά, γαλακτωματοποίηση και εκχύλιση σε εργαστήριο, πιλοτική και βιομηχανική κλίμακα.
Γεγονότα που αξίζει να γνωρίζετε
Σε ποιες περιπτώσεις χρησιμοποιούνται οι υδρογέλες;
Οι υδρογέλες χρησιμοποιούνται σε πολλές βιομηχανίες, όπως στη φαρμακευτική για τη χορήγηση φαρμάκων (π.χ. χορήγηση φαρμάκων από το χρόνο, από το στόμα, ενδοφλέβια, τοπική ή πρωκτική χορήγηση), ιατρική (π.χ. ως ικριώματα στη μηχανική ιστών, εμφυτεύματα στήθους, εμβιομηχανικό υλικό, επίδεσμοι τραυμάτων), καλλυντικά προϊόντα, προϊόντα φροντίδας (π.χ. φακοί επαφής, πάνες, σερβιέτες), γεωργία (π.χ. για σκευάσματα φυτοφαρμάκων, κόκκοι για τη συγκράτηση της υγρασίας του εδάφους σε ξηρές περιοχές), έρευνα υλικών ως λειτουργικά πολυμερή (π.χ. εκρηκτικά πηκτής νερού, ενθυλάκωση κβαντικών κουκκίδων, θερμοδυναμική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας), αφυδάτωση άνθρακα, τεχνητό χιόνι, πρόσθετα τροφίμων και άλλα προϊόντα (π.χ. κόλλα).
Ταξινόμηση υδροπηκτωμάτων
Όταν η ταξινόμηση των υδροπηκτωμάτων γίνεται ανάλογα με τη φυσική τους δομή μπορεί να ταξινομηθεί ως εξής:
- άμορφο (μη κρυσταλλικό)
- ημικρυσταλλική: Ένα σύνθετο μείγμα άμορφων και κρυσταλλικών φάσεων
- κρυσταλλικός
Όταν επικεντρώνονται στην πολυμερή σύνθεση, οι υδρογέλες μπορούν επίσης να ταξινομηθούν στις ακόλουθες τρεις κατηγορίες:
- ομοπολυμερείς υδρογέλες
- συμπολυμερείς υδρογέλες
- πολυπολυμερείς υδρογέλες / υδρογέλες IPN
Με βάση τον τύπο της διασύνδεσης, οι υδρογέλες ταξινομούνται σε:
- Χημικά διασυνδεδεμένα δίκτυα: μόνιμες συνδέσεις
- Φυσικά διασυνδεδεμένα δίκτυα: μεταβατικές διασταυρώσεις
Η φυσική εμφάνιση οδηγεί στην ταξινόμηση σε:
- μήτρα
- ταινία
- μικροσφαίρα
Ταξινόμηση με βάση το ηλεκτρικό φορτίο δικτύου:
- Μη ιονικό (ουδέτερο)
- ιοντικό (συμπεριλαμβανομένου του ανιονικού ή κατιονικού)
- Αμφοτερικός ηλεκτρολύτης (αμφολυτικός)
- Zwitterionic (πολυβεταΐνες)
Βιβλιογραφία / Αναφορές
- Mohammadinezhada, Alireza; Marandi, Gholam Bagheri; Farsadrooh, Majid; Javadian, Hamedreza (2018): Synthesis of poly(acrylamide-co-itaconic acid)/MWCNTs superabsorbent hydrogel nanocomposite by ultrasound-assisted technique: Swelling behavior and Pb (II) adsorption capacity. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 49, 2018. 1-12.
- Cass, Peter; Knower, Warren; Pereeia, Eliana; Holmes, Natalie P.; Hughes Tim (2010): Preparation of hydrogels via ultrasonic polymerization. Ultrasonics Sonochemistry Volume 17, Issue 2, February 2010. 326-332.
- Willfahrt, A., Steiner, E., Hoetzel, J., Crispin, X. (2019): Printable acid-modified corn starch as non-toxic, disposable hydrogel-polymer electrolyte in supercapacitors. Applied Physics A, 125(7), 474.
- Butylina, Svetlana; Geng, Shiyu; Laatikainen, Katri; Oksman, Kristiina (2020): Cellulose Nanocomposite Hydrogels: From Formulation to Material Properties. Frontiers in Chemistry, Vol. 8, 655, 2020.
- Rutgeerts, Laurens A. J.; Soultan, Al Halifa; Subramani, Ramesh; Toprakhisar, Burak; Ramon, Herman; Paderes, Monissa C.; De Borggraeve, Wim M.; Patterson, Jennifer (2019): Robust scalable synthesis of a bis-urea derivative forming thixotropic and cytocompatible supramolecular hydrogels. Chemical Communications Issue 51, 2019.
- Oleyaei, Seyed Amir; Razavi, Seyed Mohammad Ali; Mikkonen, Kirsi S. (2018): Physicochemical and rheo-mechanical properties of titanium dioxide reinforced sage seed gum nanohybrid hydrogel. International Journal of Biological Macromolecules Vol. 118, Part A, 2018. 661-670.
Υπερήχων υψηλής απόδοσης! Η γκάμα προϊόντων της Hielscher καλύπτει το πλήρες φάσμα από το συμπαγές εργαστήριο υπερήχων πάνω από μονάδες πάγκου σε πλήρη βιομηχανικά συστήματα υπερήχων.